1.4 Выбор рабочей жидкости и основного оборудования гидропривода

1.4.1. Выбор рабочей жидкости

В гидроприводе рабочая жидкость является энергоносителем, с помощью которого устанавливается связь между насосом и гидродвигателем. Кроме того, рабочая жидкость обеспечивает смазку подвижных частей элементов, охлаждение пар трения и отвод от их тепла. Рабочая температура жидкости в гидроприводе принимается 50С.

Выбор рабочей жидкости для гидропривода (Приложение 10) определяется: диапазоном рабочих температур, давлением в гидросистеме, скоростью движения исполнительных механизмов, конструкционными материалами и материалами уплотнений, особенностями эксплуатации гидросистемы (на открытом воздухе или в закрытом помещении), условиями хранения машины во время перерывов в работе, возможностями обводнения, засорения рабочей жидкости и т. д.

Одним из важнейших свойств, которые необходимо учитывать при выборе рабочей жидкости является вязкость. Так при использовании жидкостей с более высокой вязкостью снижается КПД гидропривода и ухудшаются условия работы самовсасывающихся насосов. С другой стороны при использовании жидкости с малой вязкостью возрастают внутренние и внешние утечки (что ведёт к снижению объемного КПД гидропривода) и возрастает опасность нарушения гидродинамического режима смазки в узлах трения и увеличивается интенсивность износа. Так, при прочих равных условиях, при номинальном давлении до 7 МПа рекомендуется принимать для гидропривода рабочую жидкость, вязкость которой при температуре 50С находится в пределах 2010^–6 – 4010^–6 м²/с, а при давлениях от 7 до 20 МПа – 6010^–6 – 11010^–6 м²/с.

Рабочую жидкость выбирают также с учетом типа насосов и рекомендации заводов-изготовителей. ГОСТ 14892-69 рекомендует определенные пределы вязкости масла для нормальной работы различных типов насосов (табл. 1.6).

В пояснительной записке необходимо обосновать принятый тип жидкости и записать ее полную техническую характеристику. Кроме того, необходимо определить плотность рабочей жидкости для принятой рабочей температуры t = 50°C, если в источнике она была указана для другой температуры.

Таблица 1.6

Тип насоса	Вязкость, (10-6·м2/с)
	Минимальная	Максимальная
Аксиально-поршневые	6	2000
Пластинчатые	10	4500
Шестеренные	16	5000

Плотность для принятой температуры определяется по формуле

,

где ρ₀ – плотность при известной температуре, кг/м³; α – коэффициент температурного расширения жидкости (в среднем для минеральных масел принимают α = 7·10^-4 1/°С; t – разность температур.

1.4.2. Выбор гидроаппаратуры

Гидравлическая аппаратура применяется в гидроприводе для изменения различных параметров потока рабочей жидкости (давления, расхода, скорости, направления) или для поддержания их в требуемых соотношениях. В зависимости от того, какую функцию выполняет гидроаппаратура, она подразделяется на распределительную, регулирующую и вспомогательную. Большая часть гидроаппаратуры стандартизирована, что позволяет при расчетах и проектировании выбирать имеющиеся гидроаппараты, а не проектировать их.

Выбор гидроаппаратуры (в соответствии со схемой гидропривода) осуществляется по давлению в гидроцилиндре р_д и максимальному значению расхода жидкости в нем, который определяется по максимальной скорости рабочего хода _р:

,

где S – рабочая (эффективная) площадь поршня при стандартных диаметрах; ₀ – объемный КПД, принимаемый в зависимости от принятого типа уплотнения поршня (для металлических колец ₀ = 0,98 – 0,99; для резиновых колец ₀ = 0,99 – 1,00; для манжетных уплотнений ₀ = 0,95 – 0,98). Параметры принимаемых гидроаппаратов должны быть большими, чем расчетные.

Если максимальная скорость рабочего хода не задана, тогда она определяется через число ходов рабочего органа насоса n:

.

Выбор необходимо проводить с помощью технических характеристик гидроаппаратуры, которые приводятся в соответствующей литературе. При этом необходимо учитывать заданный порядок работы гидродвигателей, указанный в схеме гидропривода, особенно в случае наличия двух гидродвигателей: синхронно они работают или последовательно, друг за другом. Например, при общем управлении двумя гидроцилиндрами и синхронной их работе расчетный расход будет равен сумме их максимальных расходов. Если они работают последовательно (сразу один, а потом другой) расчетные величины давления и расхода необходимо принимать максимальные, а для обеспечения меньшего расхода необходимо предусмотреть установку ограничителя расхода. Если в схеме установлен делитель потока, то вся гидроаппаратура на нагнетательной линии, включая и делитель потока, подбираются также по сумме максимальных расходов обоих гидродвигателей и по максимальной величине давления в гидроцилиндре. Вся гидроаппаратура за делителем потока подбирается по параметрам каждого гидродвигателя. Что касается сливной линии, то расход в ней определяется расходом гидроцилиндра в сливной полости, который необходимо рассчитать по скорости рабочего хода и площади поршня со стороны сливной линии. Давление там обусловлено ее гидравлическим сопротивлением. Как показывает практика проектирования, ее величину можно принимать в пределах p_сл = (0,05–0,10)р_д.

При выборе гидроаппаратуры в пояснительную записку необходимо записать по каждому аппарату все данные из его технической характеристики: его марку; максимальный расход и давление; потери давления и утечки жидкости; массу гидроаппарата. Кроме того, необходимо записать назначение каждого аппарата в соответствии с выданной схемой гидропривода и привести его условное обозначение в соответствии с обозначениями по ГОСТ 2.780-68 – ГОСТ 2.782-68 “Правила выполнения гидравлических схем”

Гидрораспределители. Распределительные устройства предназначены для создания определенного направления движения рабочей жидкости в системе гидропривода, т. е. для изменения направления движения объемного гидродвигателя или изменения последовательности работы гидродвигателей, установленных в различных контурах. По принципу действия все распределительные устройства делятся на три основных типа: золотниковые, крановые и клапанные. Чаще всего в системах гидропривода используются двух- и трехпозиционные гидрораспределители золотникового типа.

Важным требованием, которое необходимо учитывать при проектировании гидропривода, является обеспечение при установке золотниковых гидрораспределителей в позицию «нейтральная» разгрузки насоса, что достигается соединением напорной линии насоса со сливом, вследствие чего уменьшается давление в напорной линии насоса, а, следовательно, и отбор мощности на привод насоса.

Гидроклапаны. Для предохранения гидравлической системы от чрезмерно высоких давлений устанавливают предохранительные клапаны. Иногда необходимо поддерживать давление в гидросистеме на постоянном уровне. Решается эта задача путем установки переливных клапанов. Предохранительные и переливные клапаны могут иметь одинаковое конструктивное исполнение. При этом они могут быть прямого и непрямого действия.

В гидравлической схеме могут использоваться обратные клапаны, обеспечивающие пропускание потока жидкости в одном направлении, а также управляемые обратные клапаны – гидрозамки. Различают гидрозамки односторонние и двусторонние. Односторонние гидрозамки служат для запирания одной из полостей (чаще всего гидроцилиндра). Двусторонний гидрозамок позволяет надежно запереть обе полости гидроцилиндра и зафиксировать его шток в определенном положении.

Для понижения давления в отводящей линии используют редукционные клапаны, которые тоже могут быть прямого и непрямого действия. Они в основном используются там, где от одного насоса работает несколько гидродвигателей, причем часть из них работает при давлениях меньших, чем развивает насос.

Гидродроссели. Для получения требуемых характеристик функционирования гидроприводов, а именно для регулирования скорости движения выходного звена гидродвигателя, в схемах часто используют аппараты, которые называются гидродросселями. В случае, когда необходимо в гидролинии обеспечить постоянство расхода независимо от давления в ней, используют регулятор расхода.

Для обеспечения синхронизации движений выходных звеньев в гидроприводе могут быть использованы устройства, которые называют делителями потока.

Фильтры. Срок службы гидравлических устройств в значительной мере зависит от качества очистки рабочей жидкости. Исследованиями установлено, что при повышении тонкости фильтрации жидкости в гидравлической системе с 20–25 мкм до 5 мкм увеличивается срок службы насосов более чем в 10 раз, а гидроаппаратуры в 5–7 раз.

В соответствии с требованиями к тонкости очистки жидкостей различают фильтры грубой, нормальной, тонкой и особо тонкой очистки, задерживающие частицы загрязнителя с условным диаметром соответственно более 100, 10, 5 и 1 мкм.

Различают фильтры линейные и встроенные. Линейные фильтры устанавливают в трубопроводы. Встроенные фильтры устанавливают в крышки гидробаков.

При проектировании гидропривода важное значение имеет определение места установки фильтра. Наиболее эффективной является установка фильтра на всасывании насоса, так как в этом случае очищается весь поток жидкости на входе в гидросистему. Однако в этом случае при загрязнении фильтра в процессе эксплуатации и увеличении вследствие этого потерь во всасывающем трубопроводе может нарушиться работоспособность насоса из-за наступления кавитации. Поэтому здесь чаще всего устанавливаются фильтры грубой очистки.

Установка фильтра в напорной линии насоса позволяет эффективно очищать рабочую жидкость, но при этом увеличивается масса фильтра, корпус которого в этом случае находится под воздействием высоких давлений.

Исходя из этого, в гидроприводах с разомкнутой циркуляцией чаще всего применяется полнопоточная фильтрация рабочей жидкости на сливе. В гидроприводах с замкнутой циркуляцией фильтр чаще всего устанавливают в напорной линии насоса подпитки.

Выбор фильтра осуществляется по номинальному расходу рабочей жидкости в месте установки, а также необходимой для данного гидропривода тонкости фильтрации. Следует учитывать также, номинальное давление, на которое рассчитан фильтр.

Фильтры с цилиндрическими бумажными фильтроэлементами изготавливают по ОСТ 22-883-75 и ТУ 22-4974-81 для установки в сливных гидролиниях. Линейные фильтры по ТУ 22-5530-83 устанавливают в напорных линиях, а по ТУ 22-4163-78 – в напорных линиях систем подпитки.

Потери давления на фильтре с увеличением вязкости рабочей жидкости возрастают. Вязкость же увеличивается при понижении температуры. Поэтому при разработке принципиальной схемы гидропривода фильтр на сливе рекомендуется устанавливать перед теплообменником.